一种线棒材控轧控冷用旋流式冷却器的制作方法

本发明属于轧钢设备，适用于有控轧控冷要求的线棒材轧钢生产线用旋流式冷却器。

背景技术：

轧钢生产中，线、棒材控制轧制受孔型的约束，各道次变形量的调整范围非常小。因此，调整变形温度是控制轧制的主要手段之一。通过控制轧制可以改善产品内部组织和产品表面质量，提高产品工艺性能，简化或取代产品离线热处理。

目前线、棒材冷却器的主要应用形式有:双套管式冷却器、直喷式冷却器、层流式冷却器、湍流式冷却器。应用较多的盘卷或小规格棒材的在线控制冷却设备主要以直喷式冷却器为主，采用环缝喷嘴。不同规格的冷却器适应不同规格轧件的冷却要求，各冷却器之间装有传动辊道，造成冷却器之间的间距较大，容易引发堆钢事故。

现有技术的冷却器主要有三个方面的问题：一是冷却能力不足；二是温度均匀性较差，对于断面较大的轧件，穿水后轧件表面呈现明显的阴阳面，局部甚至存在淬火的现象，造成金相组织异常；三是冷却器间距较大，容易堆钢。意大利danieli公司设计制造的冷却器（如图1所示），喷嘴为组装式，通过调整部件之间的垫片厚度可以调整环形喷嘴的间隙，水流从环形喷嘴射出后在冷却管内径直流出，轧件与水流之间产生的蒸汽膜难以被充分打破，轧件不能与水流充分接触，冷却效果受到抑制。而且受重力作用，轧件往往容易贴着冷却器底部运行，造成断面上不同位置冷却强度不同，产生阴阳面，虽经均温辊道均匀化，但进入下游轧机的轧件表面温度仍不均匀。由此将造成轧件在后续变形过程中不同位置的变形温度不一致，金相组织难以满足要求。

《轧钢》1988年第1期刊登了冶金部钢铁研究总院方成悦撰写的《旋流冷却器在线材生产中的应用》一文中介绍了一种旋流冷却器（如图3、图4所示）：水由进水管进入冷却器后,水流一边沿轴线高速旋转,一边沿轴线方向高速地冲向冷却器的两端,并在出口处呈碟状水环。经生产厂实践证明，该冷却器具有较好的冷却效果。但是由于结构复杂，体积庞大，通用性不强，在现代线、棒材生产线中未得到广泛应用。

《南通职业大学学报》第24卷第一期刊登了张海霞等人撰写的《新型余热控冷用旋流式冷却器的设计与应用》对某厂螺纹钢轧后冷却用直喷式冷却器改造而成的旋流式冷却器冷却效果进行了研究，该冷却器冷却能力约为常规直喷式冷却器的1.5倍。但该冷却器有一定的局限性，不适合大多数采用dalieni设计的水箱，且喷嘴为斜向布置的小孔构成，加工难度较大（如图5、图6所示）。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种线棒材轧钢生产线通用性较强的旋流式冷却器，能提高冷却器冷却效率，改善冷却的均匀性。

发明的技术方案：

一种线棒材轧钢生产线用旋流式冷却器，包括入口导管、水腔、喷嘴、o型密封圈、冷却管、保压环、延伸管，喷嘴与入口导管采用轴孔间隙配合方式连接，二者之间加入o型密封圈，用于消除喷嘴与入口导管、冷却管之间的间隙；喷嘴为节锥角δ=40°~50°、螺旋角β=18°～20°的圆锥斜齿轮与漏斗型冷却管组合而成，锥形齿轮的齿面与冷却管锥形孔紧密接触，以使冷却管中的水流产生旋流的效果。

根据冷却器规格的不同，设计20-32个喷嘴（齿数）均匀分布。

导管、喷嘴、冷却管、保压环、延伸管均采用耐磨材质，喷嘴表面粗糙度3.2~1.6μm，其余可能与红钢接触的部件工作面粗糙度3.2~6.3μm，防止红钢表面被划伤。

增加有冷却器延伸导管，可缩短各冷却器之间的间距，降低堆钢的风险，同时可避免与辊道的干涉。

发明原理：借鉴湍流式和旋流式冷却器原理对已有技术冷却器进行改造，喷嘴采用圆锥斜齿轮与漏斗形冷却管组装而成，高压水流从喷嘴喷射出来之后，与轧件产生大角度接触，并呈螺旋前进，在喷射水流压力的作用下，轧件会自动行走于冷却器中心位置，从而达到均匀冷却轧件四周的效果，并可延长水流与轧件的接触时间，提高冷却效率。本发明通过增加冷却器延伸导管可缩短各冷却器之间的间距，降低堆钢的风险，同时可避免与辊道的干涉。

本发明的优点：通过喷嘴的优化设计，调整水流的路径，使水流为螺旋式前进，延长冷却水与红钢的接触时间，可以大大提高水箱的冷却能力，红钢四周冷却均匀性明显改善，为线、棒材低温轧制创造有利条件。与早期应用的旋流式冷却器相比，本发明结构简单，安装、更换方便，通用性强，相比danieli原设计的冷却器具有更高的冷却效率和冷却的均匀性。

附图说明

图1为意大利danieli冷却器内部构造图。

图2为图1中z区域局部放大视图。

图中：1-入口导管；2-水腔；3-出口导管；4-红钢。

图3为早期旋流冷却器结构图。

图4为图3中b-b断面剖视图。

图中：1-线材行进方向，2-硬质合金套，3-进水口。

图5为早期旋流式水冷器喷嘴芯主视图。

图6为图5中a-a断面剖视图。

图7为本发明旋流式冷却器结构爆炸视图。

图8为圆锥斜齿轮型喷嘴的纵向剖视图。

图9为圆锥斜齿轮型喷嘴的三维侧视图。

图10为本发明冷却器冷却轧件的原理图。

图中：1-入口导管，2-水腔，3-喷嘴，4-o型密封圈，5-冷却管，6-保压环，7-延伸管，8-螺栓，9-进水口，10-出水口，11-红钢，12-红钢前进方向。

具体实施方式

下面结合附图的实施例进一步说明。

如图7所示，一种线棒材轧钢生产线用旋流式冷却器，包括入口导管1、水腔2、喷嘴3、o型密封圈4、冷却管5、保压环6、延伸管7，其中入口导管1、水腔2、冷却管5、保压环6、延伸管7由螺栓8连接；喷嘴3与入口导管1采用轴孔间隙配合连接，二者之间加入o型密封圈4，用于消除喷嘴3与入口导管1、冷却管5之间的间隙。

如图8、图9、图10所示，喷嘴3为节锥角δ=40~50°，螺旋角β=18～20°的圆锥斜齿轮与漏斗型冷却管5组合而成。锥形齿轮的齿面与冷却管锥形孔紧密接触，以使冷却管5中的水流产生旋流的效果。

本发明冷却器的安装很简单，只需将冷却器放置于水箱底座，前后与轧制线对中，用压紧螺杆将水腔2压紧固定即可，冷却强度通过水压进行调节。

当冷却水由水箱底座、冷却器进水口9进入水腔2后，高压水流从喷嘴3喷射出来，与轧件产生大角度接触，并呈螺旋前进。在喷射水流压力的作用下，轧件红钢11会自动行走于冷却器中心位置，从而达到均匀冷却轧件四周的效果，并可延长水流与轧件的接触时间，提高冷却效率。

根据轧件规格大小，安装不同规格的冷却器，可满足各种直径圆断面轧件的冷却需求。根据水质的变化，定期将冷却管卸下对喷嘴进行清理可保证冷却效果的稳定性。

经过大盘卷生产线使用证实，本发明冷却器冷却能力较现有技术的冷却器提高50%，且轧件断面温度均匀性得到明显改善。

技术特征：

技术总结
一种线棒材控轧控冷用旋流式冷却器。一种线棒材轧钢生产线用旋流式冷却器，包括入口导管、水腔、喷嘴、O型密封圈、冷却管、保压环、延伸管，其中入口导管、水腔、冷却管、保压环、延伸管由螺栓连接；喷嘴与入口导管采用轴孔间隙配合方式连接，二者之间加入O型密封圈，用于消除喷嘴与入口导管、冷却管之间的间隙。采用圆锥螺旋式喷嘴，使冷却管内的水流形成旋流，并适当延长冷却管，缩短冷却器之间的间距，采用不同规格的冷却器可满足各种规格轧件的冷却要求，提高冷却能力的同时，改善圆钢表面温度的均匀性，为实现线、棒材低温轧制创造有利条件。

技术研发人员：李为龙;曾凡政
受保护的技术使用者：湖南华菱湘潭钢铁有限公司
技术研发日：2018.09.25
技术公布日：2019.01.11